第九章 实验10 电池电动势和内阻的测量-【直击双1流】2024高考物理一轮复习讲义

实验 10 电池电动势和内阻的测量 一、实验原理 在闭合电路中,由闭合电路欧姆定律可得电 源的电动势 E、内阻 r、路端电压 U 和电流 I 之间 的关系为 U = E - Ir,E、r 在电路中不随外电阻 R 的变化而改变。 测量原理图如图所示,改变外电 阻,可测得一系列 I和U的值(至少 6 组),然后在 U - I图像中描点作图,所得图线与纵轴的交点的 纵坐标为电动势 E,图线斜率的绝对值为内阻 r, 这种方法叫伏安法。 二、实验器材 电池,电压表,电流表,滑动变阻器,开关,导 线,坐标纸和刻度尺。 三、实验步骤 1. 按如图所示的电路图连接电路,电流表选 0~0. 6 A量程,电压表选0~3 V量程,将滑动变阻 器阻值调到有效电阻最大值(图中左端)。 2. 检查电路无误后,闭合开关,调节滑动变 阻器滑片的位置,使电流表有明显示数,记下一 组( I,U) 值。 3. 改变滑动变阻器滑片的位置 5 次,用同样 的方法,再测出 5 组( I,U) 值。 然后断开开关,整 理好仪器。 四、数据处理 在坐标纸上以路端电压 U 为纵轴、干路电流 I 为横轴建立U - I 坐标系,在坐标平面内描出各 组( I,U) 值所对应的点,然后尽量多地通过这些 点作一条直线,不在直线上的点大致均匀分布在 直线两侧,则直线与纵轴交点的纵坐标值是电源 电动势的大小(一次函数的纵轴截距),直线斜率 的绝对值为电源的内阻 r,即 r = E I短 = ΔU ΔI 。 五、注意事项 1. 为了使电池的路端电压变化明显,电池的内 阻应选得大些。 (选已使用过一段时间的干电池) 2. 实验中不要将 I调得过大,每次读完U和 I 的数据后应立即断开电源,以免干电池在大电流 放电时极化现象严重,使得 E 和 r 明显变化。 3. 在画 U - I 图线时,要使尽可能多的点落 在这条直线上。 不在直线上的点应对称分布在 直线两侧,离直线较远的点应当舍弃,以减小偶 然误差。 4. 干电池内阻较小时,U 的变化较小。 此 时,坐标图中数据点将呈现如图甲所示的状况。 为此,可使纵坐标不从零开始,如图乙所示,把坐 标的比例放大,可使结果的误差减小。 此时图线 与横轴交点的横坐标不表示短路电流,计算电池 的内阻时,要在直线上任取两个相距较远的点, 用 r = ΔU ΔI 计算。 六、误差分析 1. 偶然误差: (1) 读数不准引起误差。 (2) 作图不准造成误差。 2. 系统误差: 用伏安法测电源电动势和内阻的系统误差 较大,这主要是电压表、电流表内阻对测量结果 的影响造成的。 用伏安法测电动势可供选择的 电路有两种,如图甲、乙所示。 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 521第九章 电路及能量 　　　 当用图甲进行测量时,考虑电表内阻,电压 表应看成内电路的一部分,故实际测量出的是电 池和电压表这一整体的电动势和等效内阻。 因 为电压表和电池并联,所以等效内阻 r测 应等于 电池真实阻值 r真 和电压表内阻 RV 的并联值,即 r测 = RV r真 RV + r真 < r真。 此时如果断开外电路,则电 压表两端电压 U 等于电动势测量值,即 U = E测, 而此时电压表与电源构成回路,所以有U < E真, 即 E测 < E真。 U - I 图像如图丙所示。 当选用图乙进行测量时,电流表应看作内电 路的一部分。 因为电流表和电池串联,所以等效 内阻 r测 应等于电池真实阻值 r真 和电流表内阻 RA 之和,即 r测 = r真 + RA > r真。 此时如果断开外 电路,则电流为零,电流表两端电势相等,等效电 源的电动势 E测 就是电源电动势的真实值 E真,即 E测 = E真。 U - I 图像如图丁所示。 例 1 (2022·四川省绵阳南山中学开学考 试) 为测量一节干电池的电动势和内阻(已知该 干电池的内阻约为 1 Ω,额定电流为0. 7 A),实 验室提供的器材有: A. 电压表(量程为 0 ~ 3 V,内阻为 10 kΩ); B. 电压表(量程为 0 ~ 15 V,内阻为 20 kΩ); C. 电流表(量程为0~0. 8 A,内阻约为0. 5 Ω); D. 电流表(量程为 0~3 A,内